IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение систем спектрального мультиплексирования со скоростью передачи 10 Гбит/с и более на канал в некоторых случаях может быть затруднено из-за высокого значения поляризационной модовой дисперсии (ПМД). Хотя само по себе явление ПМД известно уже довольно давно, только недавно оно стало проблемой, с которой необходимо считаться при проектировании и строительстве реальных волоконно-оптических систем связи.

Добиться малого значения ПМД в линиях дальней связи можно только при выполнении трех условий:

1. Применение современного волокна с малым значением ПМД.

2. Применение современных технологий производства оптического кабеля и тщательное соблюдение всех требований технологического процесса.

3. Высокая квалификация и опыт работы организации, осуществляющей строительные работы. [1]

Но даже при наличии всех перечисленных выше условий единственным надежным свидетельством действительно малого значения ПМД может служить только прямое измерение ПМД. Это связано с еще одним коварным свойством рассматриваемого явления: ПМД вызвано наличием очень малых отклонений от цилиндрической симметрии оптического волокна. Поэтому величина ПМД подвержена влиянию внешних факторов, любым изменениям в технологическом процессе как при производстве волокна и кабеля, так и при проведение строительных работ.

Целью работы является определение зависимости ПМД от температурных воздействий.

Явление поляризационной модовой дисперсии

В одномодовом волокне присутствует только одна мода - основная. Однако если учитывать поляризацию, то в одномодовом волокне присутствуют две моды. Эти две моды предполагаются нами взаимно ортогональными, а поляризация - линейной. Одна из этих мод является доминантной и распространяется в горизонтальной плоскости вдоль оси абсцисс, другая распространяется в вертикальной плоскости вдоль оси ординат, как показано на рис.1. В некоторых публикациях говорят о быстрой оси и медленной оси распространения. Эта идеальная ситуация могла бы соответствовать идеальному волокну с точной геометрией. [3]

Рис. 1 – Передаваемые биты информационного сигнала (0, 1) по мере распространения по волокну уширяются так, что не могут быть обнаружены фотоприемником

Однако, когда волокно уложено в кабель, а кабель затем прокладывают в разнообразных местах и эксплуатируют при различных условиях, то волокно в кабеле становится далеко неидеальным. Поскольку в традиционных волоконно-оптических системах передачи фотоприемник не оснащается поляризатором – это не рационально из-за потери мощности, а также из-за усложнения и удорожания системы связи – и принимает сигнал одновременно от обоих состояний поляризации, то дифференциальная групповая задержка приводит к уширению результирующего сигнала.

Случайная связь между поляризационными модами волокна может приводить как к увеличению, так и уменьшению разности групповых запаздываний поляризационных мод. Поэтому в длинном волокне среднее значение разности групповых запаздываний увеличивается не пропорционально длине волокна, а прямо пропорционально квадратному корню из длины волокна, как показано в формуле (1).

(1)

где D- коэффициент ПМД волокна (пс/км^1/2);

L - протяженность оптической линии связи (км).

ПДМ измеряется в пикосекундах для конкретного перекрытия установленного волокна. Дефекты в волокне либо добавляют, либо взаимодействуют с ПМД, в результате происходит плавное увеличение уровня ПМД в процессе прохождения светового импульса вдоль волокна от секции к секции. Для волокна, составленного из нескольких секций, нужно использовать среднеквадратическое суммирование ПМД, соответствующих каждому участку, как показано в формуле (2). [2]

(2)

где N- количество сегментов волоконнооптического кабеля;

– ПМД i-го участка.

Возникновение дифференциальной групповой задержки обычно вызывает ряд искажений информационного сигнала, включая увеличение длительности импульса. В этом отношении влияние ПМД сходно с влиянием хроматической дисперсии, но есть и существенное различие. Так, хроматическая дисперсия представляет собой относительно стабильное явление, позволяющее определить ее влияние на систему передачи путем сложения дисперсии отдельных участков линии передачи и, как следствие, может быть скомпенсирована соответствующим расположением компенсаторов.

Методы измерения поляризационной модовой дисперсии

Измерение ПМД эксплуатируемых волокон и соединений проводится с целью аудита и сертификации кабельной инфраструктуры.

Международные стандарты рекомендуют три перечисленных ниже метода измерений ПМД:

1. метод фиксированного анализатора;

2. интерферометрический метод;

3. метод анализа параметров Стокса.

В работе в ходе эксперимента использовался первый вариант.

Метод фиксированного анализатора

Измерительный прибор состоит из широкополосного источника света и поляризатора на одном конце и анализатора с оптическим спектро-анализатором на другом конце. При тестировании поляризованное излучение от широкополосного источника вводится в волокно. Двулучепреломление света в волокне обусловливает зависимость изменения поляризации от длины волны. Приемник с оптическим спектроанализатором регистрирует изменения поляризации как зависимость мощности от длины волны. Для вычисления ПМД необходимо подсчитать число максимумов и минимумов в этой зависимости и умножить его на коэффициент, зависящий от степени взаимодействия мод. Известно, что ПМД в волокне тем выше, чем сильнее зависимость изменения поляризации от длины волны.

Рис. 2 - Блок-схема традиционного варианта реализации метода фиксированного анализатора

Максимальное значение ПМД в методе фиксированного анализатора ограничено разрешением спектроанализатора. Ширина полосы источника света определяет минимальное измеряемое значение ПМД и точность измерений. Более высокой точности позволяет добиться модернизированный вариант метода фиксированного анализатора.

Преимущества такого варианта состоя: во-первых, поскольку измерения проводятся в приемнике для трех различных поляризаций, получают три массива данных, которые в результате усреднения повышают точность измерений. Во-вторых, высокое разрешение, связанное с узкой полосой излучения лазера, снимает ограничения на измерение больших значений ПМД. И в-третьих, более высокая спектральная плотность мощности излучения лазера обеспечивает больший динамический диапазон. В обоих вариантах измеряется только величина ПМД и отсутствует информация о зависимости разности групповой задержки от длины волны.

Результаты исследований

Для исследования поляризационной модовой дисперсии была собрана установка, состоящая из двух блоков: анализатора ПМД FTB-5500B, который устанавливается в Универсальную Измерительную Систему FTB-400, и источник излучения FLS-5800, как показано на рис. 3.

Рис. 3 - Схема установки

В анализаторе ПМД FTB-5500B используется интерферометрический метод, благодаря чему он является быстродействующим устройством, способным работать в полевых условиях, и применимым почти в любой ситуации. FTB-5500B усредняет ПМД во всем диапазоне длин волн источника без какой-либо фильтрации, таким образом, вся мощность источника используется для измерения ПМД.

Анализатор оснащен функцией, обеспечивающей множественные измерения одного волокна, что позволяет проводить мониторинг изменения ПМД во времени. Технология анализатора ПМД позволяет применять автокорреляции и кросс-корреляции, что делает возможным использование источника с любой формой спектра. Устранение пика автокорреляции позволяет получить большую точность и разрешение при измерениях. [4]

Источник FLS-5800 – модулированный, поляризованный широкополосный волоконно-оптический источник, который специально предназначен для использования совместно с анализатором хроматической дисперсии и анализатором ПМД FTB-5500B. [5]

На протяжении всего времени был проведён эксперимент, в течении месяца, данные которого приведены ниже:

С помощью оборудования компании «Ростелеком», с предоставлением закольцованного ответвления, длиной 70 км, от реальной магистрали, были получены и рассчитаны месячные данные.

В дальнейшем были расширены границы эксперимента с одного до трех месяцев, для получения более детальной статистики.

Также было учтено, что кабель, проложенный в грунте, в зимний период находится под 1-2 метровым покровом снега. А значит, необходимо учесть данный фактор. В ходе эксперимента, было положено, что разница между температурой воздуха и температурой грунта, под таким покровом, равна ~5-8 градусам.

В заключении, благодаря сайту www.planetcalc.ru/527/ был вычислен коэффициент корреляции Пирсона, характеризующий линейную зависимость между двумя величинами. Находится зависимость между PMDср (ps) и Temp

Заключение

Идея заключается в том, чтобы исследовать зависимость температуры в разное время года на волокна для кабеля в грунте. Что уже было проделано и продолжает подвергаться расчету. В ходе чего необходимо выявить наиболее пиковые и неблагоприятные моменты и провести ряд практических исследований, с целью дальнейшего предложения компенсатора дисперсии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гладышевский М.А. Чем опасна поляризационная модовая дисперсия? / М.А. Гладышевский, Д.Д. Щербаткин // LIGHTWAVE russian edition. – 2004. - № 4. – С.33-34.

2. Андрэ Жирар. Руководство по технологии и тестированию систем WDM. / Пер. с англ. под ред. А.М. Бродниковского, Р.Р. Убайдуллаева, А.В. Шмалько. – М.: EXFO, 2001. – 264 с.

3. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи. / Пер. с англ. под ред. Н.Н. Слепова. – М.: Техносфера, 2003. – 590 с.

4. Инструкция по использованию анализатора поляризационной модовой дисперсии FTB-5500B. – Канада: EXFO, 2007 – 190 с.

5. Руководство по эксплуатации источника анализатора хроматической дисперсии / поляризационной модовой дисперсии FLS-5800. – Канада: EXFO, 2003 – 69 с.

Код для цитирования: Скопировать